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高层建筑避难间防火性能快速检测系统设计

发布时间:2019-11-26人气:228

高层建筑设置避难层或者避难间,可以为高层建筑的人员提供有效的火灾避难场所,火灾发生时,可以临时躲避在避难间,以待救援或逃离火灾现场的最佳时机。设置避难间可有效弥补高层建筑和超高层建筑垂直疏散距离长、外部救援困难、自身灭火设施能力有限等条件的不足,为消防救援赢得宝贵时间,提高火灾人员生存率。国内学者对建筑避难间已有系列研究,张鸿鹤等从现有建筑设计标准出发,讨论了对避难层、避难间的防火分隔、送风系统、照明系统等进一步改进的必要性和措施;杨希荣等运用有限元分析工具,分析了建筑钢梁在不同防火层厚度的情况下,防火涂料对钢结构的抗火作用;仝玉等对防火安全门的防火、防烟雾性能进行了测试和验证;周艳等借助 PyroSim 工具软件,对高层避难层防火性能进行模拟和设计优化。

对于已有的高层建筑设置的避难间,如何科学、客观、有效、快速地评估其消防安全性能,如何模拟不同火灾等级和烈度情况下高层建筑避难间的防火安全性能,到目前为止还是一个开放课题。笔者设计了一款应用于高层建筑消防避难间的安全防火性能快速检测系统。系统利用三维点云获取设备快速获得高层建筑中避难间的几何采样,运用PCL 开源点云处理库从采样数据中鲁棒提取平面、角点、尖锐特征等几何特征,并由上述几何特征计算出高层建筑避难间的基本几何信息。通过点云密度的变化特征提取避难间门、窗等建筑构件,在此基础上生成建筑物避难间的数字模型。在获得建筑物避难间数字模型的基础上,运用有限元分析的方法,模拟计算建筑物避难间外发生不同等级或烈度火灾的情况,精确判定建筑物避难间火灾安全避难要求。

1、避难间三维点云数据获取与预处理

基于机器视觉技术和激光飞行时间技术的三维扫描仪可以快速获得三维对象的几何外观采样,并以散乱点云的形式保存。散乱点云通常记录采样点相对于视点的几何位置信息,以及其他辅助物理属性,如采样点的色彩信息等。散乱点云常以 .PLY、.STL 等标准计算机辅助设计系统支持的文件格式保存。

如图 1 所示,系统采用 DPI-8 手持式建筑 3D 扫描仪为建筑避难间三维几何外观点云采样设备,该系统性能稳定、采样精度高、输出格式支持主流 CAD 系统,完全满足系统要求。图 2 为某实际建筑避难间采样数据的绘制效果,由绘制效果可清晰区别避难间中门、窗、墙等建筑元素,以及采样数据中包含的典型的噪声、外点等。

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对于采集后的原始数据,由于避难间几何结构简单,总体上属于柱体,且柱面多为平面或二次曲面,故原始数据中包含大量的冗余,为后续点预处理带来额外的计算和存储,因而采用基于体素分割的点云下采样算法,对原始点云进行下采样,图 3 为避难间经过下采样后保留 8 956 个采样点的绘制效果。由绘制结果可分辨采样后避难间的柱面结构。基于体素分割策略的点云下采样的算法,是通过调用开源点云处理库 PCL 中相应的 API 来实现的。

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